运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析

针对部分充液运动罐体内液体晃动对罐车运输安全的问题,以带有单个防波板的运动罐体模型为基础,采用双向流固耦合方法,对运动罐车在刹车过程中罐体内液体的晃动现象进行了数值分析,研究了不同材料防波板在载液罐体内的受力情况,以及在刹车制动过程中罐体内气液两相分布状态,从而获得了采用单向耦合方法不能获得的罐体结构应力随时间的变化历程.研究结果表明:罐体端面受力随着充液比的增加而增大,当充液比为0.8时,罐体的总体受力最大;对于不同材料的防波板,当防波板变形较小时,其对罐体端面和罐体整体受力的影响相对较小,防波板的最大剪切应力随着材料剪切模量的增大而非线性减小.     

部分充液罐车动力学特性的数值模拟与分析

为了保障罐车的运输安全,针对罐车罐体内液体的动力学特性进行了研究.基于欧拉-欧拉多相流模型对罐车在公路制动和转弯过程中罐体内液体的晃动过程进行了数值模拟,通过改进罐车转弯时横向离心力的施加方式,建立了一种更为准确的罐车运动物理模型,同时分析了充液比、刹车速度和转弯半径对罐车罐体运动状态的影响,并提出了一种数值计算方法.模拟结果表明:罐车制动时在行进方向上的受力随充液比的增加非线性增大,随减速度的增大线性增大;罐车转弯时所受的横向稳定转矩随充液比的增加线性增大,随转弯半径的变化非线性变化.所提方法可以计算获得罐车转弯过程中的最小临界转弯半径,这对于保证罐车的安全运行,尤其是装有化学试剂的罐车具有重要的参考价值.     

三维液体大幔晃动及其抑制的数值模拟

利用ＡＬＥ（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｌａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ）有限元方法,以速度和压力为基本变量,数值模拟了圆筒形贮不可压粘性三维液体的大幅晃动问题,为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦,推导了分步插值的有限元计算格式,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应,根据工程需要,对带有圆环肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算,得到了强迫激励下的速度及压力响应,并将得出的一些重要结论与     

基于FLUENT的货车燃油箱液体晃动数值模拟

为研究车辆行驶过程中,液体晃动对燃油箱冲击的影响,本文利用FLUENT有限元仿真软件对制动工况下货车燃油箱进行数值模拟,得到各时间段燃油分布情况以及压强分布情况,并将流体仿真结果作为载荷输入得到流固耦合作用下燃油箱受力情况。结果表明,液体晃动对燃油箱受力影响较大,在0.5s时燃油箱受力最大为90.256MPa,小于屈服强度,燃油箱结构合理。该结果可为燃油箱的结构优化设计提供数据支撑。     

基于自由液面预测的非线性液体晃动问题的数值模拟

针对一类矩形贮液箱的非线性晃动问题,提出一种基于有限差分算法的数值模拟方法.该方法首先采用σ变换将流体区域转化为矩形域;然后在时间迭代的过程中,运用自由液面运动学条件的显格式预测出下一时层的自由液面形状,并对边界条件中的非线性项作近似处理,由此得到描述下一时层各状态量的离散线性方程;最后根据数值解来对下一时层的自由液面进行校正.使用该方法计算了自由晃动、受迫晃动和行波3种情况,数值计算结果表明该方法具有良好的收敛性和准确性,能够有效地实现非线性晃动过程.此外,这种预测校正格式能够在保证算法稳定性的前提下,灵活地处理包含运动边界的数学问题.     

刚性容器内流体非线性大幅晃动的数值模拟

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerkin分步有限元方法.该方法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后通过压力泊松方程求得压力场,最后根据求得的压力对速度场进行修正.求解中利用Level Set方法隐式地追踪自由面,即在每个时间步求解Level-Set函数随水流的输运方程,并通过迭代方法对其重新进行初始化处理,使其保持为距离的函数,从而达到捕捉自由面的目的.控制方程统一采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin格式进行离散.算例验证结果表明,该数值方法是正确和有效的.     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

弹性底板有限长方形容器内液体晃动

考虑了具有弹性底板的部分充液的有限长方形容器内的液体的耦合晃动问题。采用能量法导出了耦合频率的方程，数值结果表明基频随液面高度增加而提高，且趋向于刚性容器内的液体晃动的极限基频。     

半球形容器中液体自由晃动非线性现象的实验研究

为了研究航天工程经常采用的半球形容器中液体自由晃动的非线性现象,采用激光位移传感器测量了半球形容器中液体第一阶侧向晃动自由衰减时波高随时闻的变化情况,然后通过数据处理进一步得到了频率和阻尼比的时间历程.结果表明,整个晃动过程可以分为比较分明的非线性和线性2个部分;在非线性部分不论何种液深情况液体的大幅晃动都表现出软特性,这与矩形容器的情况有所区别,晃动过程中阻尼比随振幅的变化关系比较复杂.值得注意的是阻尼比第一次起伏结束的时刻与频率由上升过渡到平穗的时刻大体一致.     

低温液体-水相际传热模型与数值模拟

研究低温液体-水相际传热问题.分析低温液体与水之间的传热过程及其特性.给出一种处理问题的方法,采用可变网格法追踪低温液体-水相界面的位置,建立了适合于常压及超临界压力下的液-液传热模型.根据传热模型进行了数值计算,得出低温液体温度场分布,确定了低温液体-水相界面的生存距离.计算结果表明,在一定水压和适当的低温液体初始状态下,从低温液体-水相界面形成到完全消失需历经一段距离.     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

失重时方形容器内液体的自由晃动问题

本文用Ｒｕｎｇｅ—Ｋｕｔｔａ方法解出了失重时二维方形容器内液体的静止表面形状，用付氏级数展开法研究了液体自由晃动频率的变化。在某种特殊条件下与前人结果进行了比较．     

求解液体大幅晃动问题的数值方法评述

对在推进剂贮箱中带有自由液面液体大幅晃动问题的研究是一个在充液航天器动力学与控制分析中十分重要的问题．介绍和评述了求解带有自由液面液体大幅晃动问题的数值模拟方法,并简要介绍了这一领域的主要研究成果以及对今后工作的进一步展望     

Numerical Simulation of Two-dimensional Nonlinear Sloshing Problems

IntroductionSloshing is a phenomenon of great i mportance inengineering such as oil oscillationin a fuel tank,sloshing ofliquid propellant rocket and so on.The liquid in acontainer can be violent if the excitation frequency is closeto the natural frequency of liquid motion in the container,and a strong amplification of liquid motion will occur,which will cause high pressure to act on the container.Since sloshing is so i mportant for engineering,it hasbeen widely studied for many years,and vari…     

部分充以粘性液体转子的动力稳定性

根据作用在部分充以粘性粹体转子上压力的显式表达式,讨论了上述转子的动力稳定性,得到了一些有价值的结果,统一了Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓ和Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｏｎ的截然不同的结果,认为对于给定的粘性阻尼,只要适当选取外阻尼数值,就能调整稳定区域。     

波浪中载液船舶运动的时域模拟

基于势流理论,采用切片法和脉冲响应函数方法实现船体时域运动,同时采用黏性流理论模拟计算舱内液体的非线性晃荡,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程. 该方法考虑了波浪、船体、液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和黏性流理论,具有较高的计算效率. 研究结果表明：通过数值模拟计算和模型实验,数值模拟计算能够清晰显现液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动响应曲线与模型实验结果吻合良好.     

微重时矩形容器内液体自由晃动等效力学模型

研究微重环境下矩形容器内液体晃动动力学, 用付氏级数展开法, 得到液体自由晃动的频率与速度势． 用力的等效原理建立了液体自由晃动弹簧振子阻尼器等效力学模型, 并给出数值结果     

平放圆柱体内液体晃动特性及横向受力分析

基于势流理论研究平放圆柱形贮箱内任意充液比液体晃动问题,用Galekin方法求解该边值问题。研究液体自由晃动问题求出满足边界条件的势函数空间项,分析液体晃动频率随充液比例和半径变化的情况,并与实验结果进行了对比,吻合良好。在液体强迫晃动中从自由液面动力学方程出发消掉空间项得到势函数时间项n阶微分方程并数值求解。推导了液体作用在贮箱上的横向力,并计算不同充液比时地震加速度激励下的贮箱受力。